氧气与生命:一个警示故事

各种类型的浮游植物

地球大气中的大部分氧气是由微小的海洋生物产生的,例如浮游植物。图片通过赛车灭绝.

大多数人都知道氧气对地球上的生命至关重要。人类和其他动物呼吸它。绿藻、海洋细菌和地球上丰富的植物产生了它。目前地球大气的大约 20% 由氧气组成,这一事实导致氧气在天体生物学有一个签名的生活。换句话说,如果天文学家在像地球这样的另一颗围绕一颗遥远恒星运行的岩石行星的大气中发现氧气,他们可能会认为氧气是该行星上​​可能存在生命的强烈信号。但现在一项新的研究对这一结论提出了质疑。它表明氧气也可以在没有生命的情况下产生……如果你愿意的话,来自外星冒名顶替者。

新的同行评审调查结果是宣布由约翰霍普金斯大学和发表在 2018 年 12 月 11 日发行的ACS地球和空间化学.

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基本上,研究人员能够在模拟系外行星大气的情况下创造氧气和有机化合物,而无需生命参与。实验是在实验室进行的莎拉听着,地球和行星科学助理教授,新论文的合著者。使用行星雾霾 (PHAZER) 室,他们测试了被认为存在于大气中的九种不同的气体混合物超级地球迷你海王星系外行星——比地球大但比海王星小的世界。每种混合物均由二氧化碳、水、氨和甲烷等气体组成,并加热至约 80 至 700 华氏度的温度。

Chao He 解释 PHAZER 腔室的工作原理

Chao He 解释了 PHAZER 腔室的工作原理。图片通过查纳帕·坦蒂班查猜.

暴露于等离子体放电的模拟富含二氧化碳的行星大气

在 Sarah Hörst 的实验室中,模拟的富含二氧化碳的行星大气暴露在等离子体放电中。图片来自超河。



每种混合物都暴露在两种不同的能量下——等离子体紫外线灯– 可以触发行星大气中的化学反应。等离子体——比紫外线更强——可以模拟电活动,如闪电和/或高能粒子,而紫外线在地球、土星和冥王星等行星大气中产生化学反应。

实验被允许运行三天,大约与它们暴露在来自太空的等离子体或紫外线下的时间相同,然后通过质量测量产生的气体光谱仪– 用于识别物理样品中存在的化学物质的数量和类型。

那么研究人员发现了什么?

模拟条件产生了有机分子和氧气可以制造糖类和氨基酸,例如甲醛氰化氢– 可以开始制冰的原材料。根据Chao He,约翰霍普金斯大学的助理研究科学家:

人们过去认为氧气和有机物一起存在表明存在生命,但我们在多次模拟中以非生物方式产生了它们。这表明即使普遍接受的生物特征的共同存在也可能是对生命的误报。

艺术家对超级地球系外行星 Gliese 667 C 的构想

艺术家对超级地球系外行星 Gliese 667 Cb 的概念。在这个三星级系统中,主星是从远处看到的另外两颗低质量恒星的伴星。如果在像这样的行星的大气中发现氧气,它可能——也可能不是——生命存在的证据。图片通过.

结果当然很有趣,表明氧气确实可以在没有任何生命参与的情况下产生,同时表明,生命的基石——生命可以从中诞生——也很容易产生。这本身就令人兴奋,因为它支持生命可以在条件有利的许多不同环境中开始的想法。

2015 年,一项不同的研究由成田典男和同事发现另一个过程也可以产生氧气,包括氧化钛– 一种氧化金属,当行星表面暴露于紫外线辐射时,它会催化水分解为氧气和氢气。即使是构成系外行星表面材料的 0.05% 的氧化钛,也能产生与地球大气层相似的氧气含量。该研究可以找到这里.

一句话:在超级地球或地球大小的系外行星的大气中发现氧气将是令人兴奋的——并且可能是生命存在的证据——但这项新研究表明,即便如此,仍应非常仔细地看待结果——作为一个警示故事。氧气可能确实来自生物体,就像在地球上一样,但也可能是外星冒名顶替者的例子。

资料来源:冷系外行星大气的气相化学:来自实验室模拟的见解

通过约翰霍普金斯大学。